Dispergimi i nanotubave të karbonit në bojëra të printueshme në 3D

Një dispergim uniform i CNT-ve në bojëra të printueshme në 3D mund të përmirësojë vetitë e bojës dhe të mundësojë zbatime të reja në fusha të ndryshme. Trajtimi me ultratinguj me sondë është një teknikë dispergimi shumë e besueshme për të prodhuar nanosuspensione të qëndrueshme të CNT-ve në polimere.

Dispergim efikas dhe i qëndrueshëm i CNT-ve në polimere falë trajtimit me ultratinguj

Nanotubat e karbonit (CNT) shpesh dispergohen në vajra silici për zbatime të ndryshme për shkak të vetive të tyre unike. Dispergimi i CNT-ve në vajra silici mund të përmirësojë vetitë mekanike, termike dhe elektrike të materialeve që përftohen. Një zbatim i tillë është prodhimi i polimereve të dopuara me CNT për bojëra përçuese të printueshme në 3D, p.sh., për prodhimin aditiv me bazë biologjike të sensorëve taktilë të veshshëm, strukturave mbështetëse për rigjenerimin e indeve të përshtatura për pacientin dhe elektrodave fleksibël për ECG dhe EEG.
Përveç kësaj, CNT-të e disperguara në vajra silici mund të përdoren si bojëra përçuese në pajisje elektronike, si ekranet fleksibël dhe sensorët. CNT-të veprojnë si rrugë përçuese, duke lejuar kalimin e rrymës elektrike.

Dispergimi i nanotubave të karbonit (CNTs) në polimere është një zbatim tipik i sondave me ultratinguj si UIP1000hdT. Disperguesit me ultratinguj sigurojnë shpërndarje të njëtrajtshme të CNTs në tretës dhe polimere, për shembull për prodhimin e bojërave për printim 3D.

Pajisjet ultrasonike me performancë të lartë janë sisteme përzierjeje në linjë të besueshme dhe shumë efikase për prodhimin e nanodispersioneve, p.sh. nanobojëra përçuese të printueshme në 3D për prodhim aditiv.

Sistem industrial me ultratinguj të fuqishëm për dispergim industrial në linjë: Pajisjet me ultratinguj me performancë të lartë janë sisteme përzierjeje në linjë të besueshme dhe shumë efikase për prodhimin e nanodispersioneve, si CNT-të në polimere.

Përparësitë e dispergimit me ultratinguj të CNT-ve në polimere

Trajtimi me ultratinguj është një teknikë dispergimi shumë efikase, e cila ofron disa përfitime. Përparësitë e dispergimit me ultratinguj të nanotubave të karbonit (CNT) në polimere përfshijnë:

Dispergim i përmirësuar: Energjia e ultratingujve mund të shpërbëjë në mënyrë efektive aglomeratet e CNT-ve dhe të nxisë dispergimin e tyre uniform në polimere. Kjo rezulton në një përzierje homogjene me veti mekanike, përçueshmëri elektrike dhe përçueshmëri termike të përmirësuara.

Kontroll i saktë: Energjia e ultratingujve mundëson kontroll më të mirë mbi procesin e dispergimit, si shkalla e dispergimit dhe madhësia e CNT-ve. Kjo mund të ndihmojë në arritjen e vetive të dëshiruara të materialit nanokompozit që përftohet.

Kohë më e shkurtër përpunimi: Dispergimi me ultratinguj mund të zvogëlojë ndjeshëm kohën e përpunimit krahasuar me metoda të tjera dispergimi, si përzierja magnetike ose trajtimi me ultratinguj pa nxehtësi. Kjo mund të përmirësojë efikasitetin dhe mundësinë e rritjes së shkallës së procesit.

Shumanshmëri: Disperguesit me ultratinguj mund të përpunojnë çdo lloj nanogrimcash, duke përfshirë nanosfera (p.sh., nanosilicë), nanotuba (SWNT, MWNT), nanofletë si grafeni ose borphene, nanomateriale të funksionalizuara, si dhe nanogrimca me bërthamë dhe mbështjellës. Sigurisht, pajisjet me ultratinguj Hielscher mund të përballojnë ngarkesa të larta me lëndë të ngurta dhe janë të pajtueshme me çdo tretës dhe lëng.

Efikasitet në kosto: Disperguesit me ultratinguj janë pajisje përzierjeje relativisht të lira krahasuar me mullinjtë dhe teknikat e tjera të dispergimit. Përveç kësaj, procesorët me ultratinguj janë shumë të qëndrueshëm, kërkojnë shumë pak mirëmbajtje dhe janë shumë efikasë në përdorimin e energjisë.

Përpunim me ngarkesa dhe në linjë: Dispergimi me ultratinguj mund të kryhet me ngarkesa ose në regjim me rrjedhje të vazhdueshme.

Përdorim i lehtë: Sondat me ultratinguj janë të thjeshta dhe të sigurta për t’u përdorur. Pajisjet digjitale me ultratinguj Hielscher janë të programueshme dhe mund të kontrollohen nga larg. Regjistrimi automatik i të dhënave ndihmon në ruajtjen e standardeve të cilësisë.

Shkallëzim linear: Proceset e dispergimit me ultratinguj mund të shkallëzohen në mënyrë plotësisht lineare në çdo madhësi, çka e bën trajtimin me ultratinguj jo vetëm një metodë shumë efikase, por edhe një metodë praktike për prodhimin industrial.

Miqësor ndaj mjedisit: Dispergimi me ultratinguj është një metodë e gjelbër dhe miqësore ndaj mjedisit që mundëson shmangien ose reduktimin e përdorimit të tretësve ose kimikateve të dëmshme, duke e bërë atë një alternativë më të sigurt dhe të qëndrueshme për zbatime industriale.

Sistem ultrasonik industrial për procese tretjeje në linjë.

Sistem industrial me ultratinguj për procese tretjeje në linjë, p.sh. dispergimin uniform të nanotubave të karbonit në formulime polimerike.

Në këtë video ju paraqesim një sistem me ultratinguj prej 2 kilovatësh për funksionim në linjë, brenda një kabineti që mund të pastrohet me rrjedhje gazi. Hielscher furnizon pajisje me ultratinguj për pothuajse të gjitha industritë, si industria kimike, farmaceutike, kozmetike, proceset petrokimike, si dhe proceset e ekstraktimit me tretës. Ky kabinet prej çeliku inox, që mund të pastrohet me rrjedhje gazi, është projektuar për funksionim në zona të rrezikshme. Për këtë qëllim, klienti mund të kalojë azot ose ajër të freskët nëpër kabinetin e mbyllur hermetikisht, për të parandaluar hyrjen e gazeve ose avujve të ndezshëm në të.

Protokoll i përgjithshëm për prodhimin me ultratinguj të kompoziteve CNT/PDMS

Trajtimi me ultratinguj përdoret për dispergimin e materialeve të shumta me përmasa nanometrike në polimere. Një zbatim specifik dhe i përdorur gjerësisht është dispergimi i nanotubave të karbonit (CNT) në dimetilpolisiloksan (PDMS) duke përdorur sonikimin me sondë. Për të disperguar CNT-të në matricën e PDMS-së, përdoren ultratinguj me fuqi të lartë dhe efektet e kavitacionit akustik që rezultojnë prej tyre për të shpleksur nanotubat dhe për t’i përzier në mënyrë të njëtrajtshme në një nanosuspension. Sonikimi me sondë është një metodë e fuqishme për dispergimin e CNT-ve falë aftësisë së tij për të gjeneruar forca intensive kavitacioni që mund të shpërbëjnë dhe të dispergojnë në mënyrë efektive CNT-të e aglomeruara.
Dispergimi me ultratinguj është një hap i thjeshtë përpunimi që nuk kërkon trajtim specifik paraprak ose pasues. Vetë pajisja ultrasonike është e sigurt dhe e lehtë për t’u përdorur.
Procesi i dispergimit duke përdorur sonikimin me sondë zakonisht përfshin hapat e mëposhtëm:

Përgatitja e përzierjes CNT-PDMS: Një sasi e paracaktuar CNT-sh shtohet në matricën e PDMS-së dhe përzihet paraprakisht duke përdorur një përzierës mekanik. Është interesante se, duke i disperguar paraprakisht CNT-të në një tretës, përçueshmëria elektrike mund të rritej. Rezultatet më të mira arrihen me tetrahidrofuran (THF), aceton ose kloroform (të renditur sipas rezultateve më të mira).
Sonikimi me sondë: Përzierja i nënshtrohet sonikimit me sondë duke përdorur një sondë ultrasonike me intensitet të lartë që gjeneron valë ultrasonike me një frekuencë zakonisht rreth 20 kHz. Në varësi të vëllimit dhe formulimit, sonikimi zakonisht kryhet për disa minuta për të siguruar dispergimin e plotë të CNT-ve.
Monitorimi i dispergimit: Dispergimi i CNT-ve monitorohet duke përdorur teknika si mikroskopia elektronike me skanim (SEM), mikroskopia elektronike me transmetim (TEM) ose spektroskopia UV-Vis. Këto teknika mund të përdoren për të vizualizuar shpërndarjen e CNT-ve brenda matricës së PDMS-së dhe për të siguruar që CNT-të të jenë disperguar në mënyrë të njëtrajtshme.

Si përmbledhje, sonikimi me sondë është një metodë e fuqishme për dispergimin e CNT-ve në polimere si PDMS-ja, falë aftësisë së tij për të gjeneruar forca intensive kavitacioni që mund të shpërbëjnë dhe të dispergojnë në mënyrë efektive CNT-të e aglomeruara.

Homogjenizues ultrasonik për aplikime dispergimi dhe përzierjeje

Homogjenizuesi ultrasonik UIP1000hdT

Studime rastesh mbi prodhimin me ultratinguj të kompoziteve CNT/polimer

Dispergimi i nanotubave dhe i nanomaterialeve të tjera me bazë karboni duke përdorur trajtimin me ultratinguj me sondë është hulumtuar gjerësisht dhe më pas është zbatuar në prodhimin industrial. Më poshtë paraqesim disa studime kërkimore që demonstrojnë efikasitetin e jashtëzakonshëm të dispergimit të nanotubave me ultratinguj.

Dispergimi me ultratinguj i CNT-ve në PDMS për sensorë të mbajtshëm në trup

Del Bosque et al. (2022) krahasuan bluarjen me tre cilindra dhe sonikimin për efektivitetin e tyre në dispergimin e CNT-ve. Analiza e procedurës së dispergimit të nanogrimcave në matricën polimerike tregon se teknika e trajtimit me ultratinguj siguron ndjeshmëri elektrike më të lartë në krahasim me bluarjen me tre cilindra, për shkak të homogjenitetit më të lartë të shpërndarjes së CNT-ve të shkaktuar nga forcat e kavitacionit. Duke testuar përmbajtje të ndryshme të CNT-ve, u zbulua se pragu i perkolacionit i sistemit CNT-PDMS, pra përmbajtja kritike e CNT-ve në të cilën ai bëhet përçues elektrik, ishte 0,4 wt% CNT. Nanotubat e karbonit me shumë mure (MWCNT) u disperguan me trajtim me ultratinguj duke përdorur pajisjen ultrasonike Hielscher UP400ST (shihni figurën majtas), me 0,5 cikle impulsesh dhe amplitudë 50 % për 2h. Efektet e dispergimit me ultratinguj gjatë kohës së sonikimit paraqiten në figurën më poshtë.
Bazuar në këtë analizë, si kushte optimale për prodhimin e sensorëve të mbajtshëm në trup u përzgjodhën 0,4 wt.% CNT përmes një procesi trajtimi me ultratinguj. Në këtë drejtim, një analizë e përgjigjes elektrike gjatë cikleve të njëpasnjëshme të ngarkimit tregoi qëndrueshmëri të lartë të sensorëve të zhvilluar, pa asnjë dëmtim në deformime prej 2%, 5% dhe 10%, gjë që i bën këta sensorë të besueshëm për monitorimin e deformimeve mesatare.

Dispergimi me ultratinguj i nanotubave të karbonit është shumë efikas për shpërndarjen uniforme të nanotubave në matrica polimerike si dimetilpolisiloksani (PDMS)

Dispergimi me ultratinguj i MWCNT-ve në PDMS duke përdorur pajisjen ultrasonike UP400St në kohëzgjatje të ndryshme sonikimi.
(Studimi dhe figura: ©del Bosque et al., 2022)

Pajisje dispergimi me ultratinguj me performancë të lartë për nanokompozite CNT/polimer

Hielscher Ultrasonics prodhon sonda ultrasonike me fuqi të lartë për aplikime kërkuese dispergimi në laborator, në pajisje tavoline dhe në industri. Disperguesit e Hielscher Ultrasonics sigurojnë homogjenizim dhe dispergim efikas e të saktë të nanomaterialeve në tretës, polimere dhe kompozite.
Me teknologjinë e tyre të avancuar ultrasonike, këta dispergues ofrojnë një zgjidhje të shpejtë dhe të lehtë për të arritur shpërndarje uniforme të madhësisë së grimcave, dispersione të qëndrueshme dhe/ose funksionalizim të nanogrimcave.
Duke shkurtuar kohën e përpunimit dhe duke minimizuar konsumin e energjisë, disperguesit me sonda ultrasonike mund të përmirësojnë produktivitetin dhe të ulin kostot operative për bizneset në industri të ndryshme.
Pajisjet ultrasonike Hielscher mund të përshtaten gjithashtu sipas kërkesave specifike, me mundësi zgjedhjeje ndërmjet madhësive të ndryshme të sondave, përforcuesve të amplitudës, niveleve të fuqisë dhe qelizave të rrjedhjes, duke i bërë ato të gjithanshme dhe të përshtatshme për nanoformulime dhe vëllime të ndryshme.
Në përgjithësi, disperguesit me sonda ultrasonike janë një investim i shkëlqyer për laboratorët dhe industritë që synojnë të optimizojnë rrjedhat e punës për përpunimin e nanomaterialeve dhe të arrijnë rezultate të njëtrajtshme e të besueshme.

Projektim, prodhim dhe këshillim – Cilësi e prodhuar në Gjermani

Pajisjet ultrasonike Hielscher njihen për standardet e tyre më të larta të cilësisë dhe projektimit. Qëndrueshmëria dhe përdorimi i lehtë mundësojnë integrimin pa vështirësi të pajisjeve tona ultrasonike në impiante industriale. Pajisjet ultrasonike Hielscher përballojnë me besueshmëri kushte të vështira dhe mjedise kërkuese.

Hielscher Ultrasonics është një kompani e certifikuar sipas ISO dhe i kushton vëmendje të veçantë pajisjeve ultrasonike me performancë të lartë, të cilat ofrojnë teknologji bashkëkohore të nivelit më të avancuar dhe lehtësi përdorimi. Sigurisht, pajisjet ultrasonike Hielscher janë në përputhje me CE dhe plotësojnë kërkesat e UL, CSA dhe RoHs.

Tabela më poshtë ju jep një ide për kapacitetin e përafërt të përpunimit të pajisjeve tona ultrasonike:

Vëllimi i serisë	Prurja	Pajisjet e rekomanduara
0,5 deri në 1,5mL	n.a.	VialTweeter
1 deri në 500mL	10 deri në 200mL/min	UP100H
10 deri në 2000mL	20 deri në 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 deri në 20L	0,2 deri në 4L/min	UIP2000hdT
10 deri në 100L	2 deri në 10L/min	UIP4000hdT
15 deri në 150L	3 deri në 15L/min	UIP6000hdT
n.a.	10 deri në 100L/min	UIP16000
n.a.	më e lartë	grup pajisjesh UIP16000

Na kontaktoni! / Na pyesni!

Dispergimi tejzanor i nanotubave të karbonit: Sonikatori Hielscher UP400S (400W) i dispergon dhe i shpleks nanotubat e karbonit (CNT) shpejt dhe me efikasitet në nanotuba të veçuar.

Homogjenizuesit ultrasonikë me prerje të lartë përdoren në përpunimin laboratorik, me pajisje tavoline, pilot dhe industrial.

Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues ultrasonikë me performancë të lartë për aplikime përzierjeje, dispergimi, emulsifikimi dhe ekstraktimi në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.

Tema të lidhura

Reaktor industrial përzierjeje për nanodispersione që përdor sonda ultrasonike me fuqi të lartë.

Reaktor ultrasonik me seri për përpunim industrial, p.sh. për përfshirjen e CNT-ve dhe nanombushësve të tjerë në polimere për bojëra të printueshme në 3D për prodhim aditiv.

Literaturë / Referenca

del Bosque, A.; Sánchez-Romate, X.F.; Sánchez, M.; Ureña, A. (2022): Easy-Scalable Flexible Sensors Made of Carbon Nanotube-Doped Polydimethylsiloxane: Analysis of Manufacturing Conditions and Proof of Concept. Sensors 2022, 22, 5147.
Kim, J., Hwang, JY., Hwang, H. et al. (2018): Simple and cost-effective method of highly conductive and elastic carbon nanotube/polydimethylsiloxane composite for wearable electronics. Scientific Reports 8, 1375 (2018).
Lima, Márcio; Andrade, Mônica; Skákalová, Viera; Bergmann, Carlos; Roth, Siegmar (2007): Dynamic percolation of carbon nanotubes in liquid medium. Journal of Materials Chemistry 17, 2007. 4846-4853.
Shar, A., Glass, P., Park, S. H., Joung, D. (2023): 3D Printable One-Part Carbon Nanotube-Elastomer Ink for Health Monitoring Applications. Advanced Functional Materials 33, 2023.

Teknologji ultrasonike me performancë të lartë! Gama e produkteve të Hielscher mbulon të gjithë spektrin, nga pajisja ultrasonike kompakte laboratorike, përmes njësive të tavolinës, deri te sistemet ultrasonike plotësisht industriale.

Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues ultrasonikë me performancë të lartë nga laboratori deri në përmasat industriale.